Расчет и выбор турбоагрегатов (стр. 1 из 6)

Глава 1. Основы классификации нетрадиционных источников энергии.

1.1 Основные понятия и определения курса нетрадиционных источников энергии (НИЭ).

- Традиционные невозобновляемые источники энергии – объекты, реализующие получение энергии из органических источников топлива;

- Нетрадиционные источники энергии (НИЭ) – объекты, реализующие получение энергии за счет природных процессов или новые источники энергии, неиспользуемые раньше на практике. НИЭ делятся на два вида:

¨ Нетрадиционные возобновляемые источники энергии(НВИЭ)– объекты, реализующие получение энергии за счет протекающих природных процессов. НВИЭ – источники, потоки энергии которых постоянно существуют или периодически возникают в окружающей среде (ОС) и не являются следствием целенаправленной деятельности человека. Основные ВИЭ: солнечное излучение, движение и притяжение Солнца, Луны, Земли, а также тепловая энергия ядра Земли, связанная с химическими реакциями и радиоактивным распадом в ее недрах.

¨ Нетрадиционные невозобновляемые источники энергии (ННИЭ)– новые, не использованные в массовом масштабе источники энергии, например водород.

- Энергия (energeia (греч.)- действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движения материи. Различают механическую, тепловую, электромагнитную, гравитационную, ядерную энергию и т.д. Понятие энергии благодаря закону ее сохранения связывает воедино все явления природы. Одни виды энергии могут превращаться в другие. При этом общее ее количество не меняется. Энергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты. Никакой вид энергии не обходится так дорого как ее недостаток. Не считаясь с огромными финансовыми расходами человечество, ищет новые пути получения энергии. Энергия делится на две части:

Дерево энергетических ресурсов.

¨

Первичная энергия – та ее часть, которая запасенна в природе (например: топлива, ветра, геотермальная, приливная, атомная, энергия воды и т.п.). На рис 1.2 показана классификация первичной энергии.

¨ Вторичная энергия –энергия получаемая после преобразования первичной на специальных энергетических установках (например: энергия пара, горячей воды, электрическая и др.).

- Энергетическая установка – установка, в которой производится, преобразуется, распределяется или потребляется энергия.

Рис. 1.1

- Энергетическое производство – получение энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей.

¨ Первый этап энергетического производства – получение и подача энергетических ресурсов к месту их потребления;

¨ Второй этап энергетического производства – преобразование первичной энергии во вторичную, ее передача, распределение, и использование.

- Топливно-энергетические ресурсы – количество и качество минеральных богатств, используемых как топливо (уголь, нефть, газ, горячие сланцы, торф, древесина, атомная энергия) и одновременно являющихся источниками энергии в двигателях при получении пара, теплой воды и электричества.

- Топливные ресурсы – часть топливно-энергетических ресурсов, используемых как топливо.

- Энергетические ресурсы – совокупность энергии Солнца и космоса, топливно – энергетических, атомо – энергетических, термальных и других источников энергии.

В таблице 1.1 представлена потенциальная годовая добыча энергетических ресурсов Земли в пересчете на кВт×ч.

Таблица 1.1

Наименование энергоресурсов	Общее количество запасов	Наименование энергоресурсов	Общее количество запасов
Возобновляемые ресурсы (млрд. кВт×ч. в год)1. Энергия солнечного излучения2. Энергия приливов и отливов3. Теплота морей и океанов4. Энергия ветра5. Древесное топливо6. Гидроэнергия7. Внутренняя теплота Земли	580 000 000 70 000 000 6 000 000 460 000 105 000 36 000 15 000	Невозобновляемые ресурсы (млрд. кВт×ч. в год)1. Каменный уголь2. Бурый уголь3. Горючий сланец4. Торф5. Нефть6. Природный газ7. Ядерное горячее (уран, торий) Термоядерное горючее	30 000 000 5 800 000 700 000 480 000 223 000 80 000 515 000 000 Запасы практически неограничены

- Энергетические ресурсы – совокупность энергии Солнца и космоса, топливно-энергетических и других источников энергии.

Классификация первичной энергии.

- Энергетика – область экономики, охватывающая энергетические ресурсы, преобразование, передачу и использование различных видов энергии.

Источник энергии – объект, выделяющий или имеющий потенциальный запас определенного вида энергии.

Источник тока – устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую.

На рис.1.3 представлена классификации энергетики.

Рис. 1.3

1.2 Законы преобразования энергии. Ее источники и преобразователи.

Энергия – одна из скалярных характеристик движения материи. Каждой форме материи соответствует свой вид энергии. Основными законами материального мира являются законы сохранения материи и энергии. В энергетике закон сохранения энергии – I-ый закон термодинамики. Общее количество энергии тела:

, кДж (1.1),

Е – полный запас энергии тела; m – масса тела; с – скорость света; Eвн – внешняя энергия; Евнут – внутренняя энергия; Ео – энергия массы покоя; Екин – кинетическая энергия, энергия механического движения; Епот – потенциальная энергия (энергия взаимодействия тела с силовыми полями).

Грамму массы, по формуле (1.1) соответствует энергия, равная

кДж или кВт·ч.

Процессы превращения внутренней энергии тела во внешние формы – освобождение энергии. При химических реакциях освобождается

% общего запаса энергии тела, при ядерных %, при термоядерных - 0.65%.

Закономерности взаимного превращения разных видов энергии изучает термодинамика, базирующаяся на двух законах:

1-ый закон термодинамики показывает два пути выхода освобожденной энергии тела:

(1.2),

- изменение внутренней энергии тела;

Q – количество тепла;

W – количество работы.

Здесь величины Q, W – две формы передачи энергии.

2-ый закон термодинамики определяет направление самопроизвольных процессов. Его следствием является то, что изолированная система приходит к наиболее вероятному состоянию. Упорядоченное движение переходит в неупорядоченное, концентрированная энергия рассеивается путем превращения всех ее видов в тепло.

Превращение тепла в полезные (упорядоченные) виды энергии ограничено КПД обратимого цикла:

(1.3)

- тепло, подводимое к рабочему телу, кДж;

- тепло, отводимое от рабочего тела в окружающую среду, кДж.

Потребитель использует разные виды энергии: электрическую, механическую, тепловую, световую, звуковую, химическую, ядерную и т.п. Особую роль играет электрическая энергия, которую легко передавать распределять и превращать в другие виды энергии.

Основными источниками энергии на Земле являются:

- Солнце (излучение, падающее на Землю);

- внешняя энергия некоторых тел на земле (потоки воздуха, воды, обладающие запасом механической энергии).

-

Вещества, носители высококонцентрированной внутренней энергии, которая может освобождаться в химических и ядерных реакциях. Эти вещества носят название топлив (органического и ядерного).

На основании закона сохранения энергии все ее виды взаимопревращаемы (рис1.3).

Устройства для взаимного превращения энергий называют преобразователями энергии или генераторами энергии. Они делятся на простые, с одним преобразованием и сложные (комбинированные) в которых можно выделить два и более превращений энергии.

Пример простого преобразователя: топка, печь, в которых химическая энергия топлива превращается в тепло.

Пример сложного преобразователя: теплоэнергетическая установка (ТЭУ), в которой имеем целую цепочку преобразований химическая энергия топлива – тепло – внутренняя энергия рабочего тела (пар) – механическая энергия – электрическая энергия.

Рассмотрим классификацию генераторов энергии:

- По виду энергии, отдаваемой потребителю различают: